Μεταλλικός χαρακτήρας
Ο μεταλλικός χαρακτήρας περιγράφει πόσο εύκολα ένα στοιχείο εμφανίζει ιδιότητες που συνδέονται με τα μέταλλα: σχετικά εύκολη απώλεια ηλεκτρονίων, σχηματισμό κατιόντων, εκτεταμένη ηλεκτρονική αποδεσμοποίηση στα στερεά και, συχνά, καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Είναι τάση και όχι δυαδική ετικέτα· ο δεσμός και η δομή μπορούν να αλλάξουν σημαντικά τη συμπεριφορά.
Περιοδική τάση
Μέσα σε μια περίοδο ο μεταλλικός χαρακτήρας γενικά μειώνεται από αριστερά προς τα δεξιά. Το αποτελεσματικό πυρηνικό φορτίο αυξάνεται, η ατομική ακτίνα τείνει να μικραίνει και η απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου γίνεται δυσκολότερη.
Μέσα σε μια ομάδα ο μεταλλικός χαρακτήρας συνήθως αυξάνεται προς τα κάτω: τα ηλεκτρόνια σθένους βρίσκονται σε μεγαλύτερο n και θωρακίζονται περισσότερο.
Σύνδεση με την ενέργεια ιονισμού
Χαμηλή πρώτη ενέργεια ιονισμού ευνοεί την απώλεια ηλεκτρονίου και τον σχηματισμό κατιόντος, άρα συσχετίζεται με ισχυρότερο μεταλλικό χαρακτήρα.
Η συσχέτιση δεν είναι απόλυτος κανόνας αντιδραστικότητας. Σε πραγματική αντίδραση συμμετέχουν επίσης ενέργειες δεσμών, πλέγματος, ενυδάτωσης και οξειδοαναγωγικό περιβάλλον.
Ηλεκτραρνητικότητα και δεσμός
Στοιχεία με χαμηλή ηλεκτραρνητικότητα τείνουν να παραχωρούν ηλεκτρονική πυκνότητα όταν συνδέονται με ισχυρότερα ηλεκτραρνητικά στοιχεία.
Αυτό βοηθά να κατανοήσουμε γιατί τα αλκαλιμέταλλα σχηματίζουν εύκολα ιόντα +1, αλλά ο μεταλλικός δεσμός στο καθαρό στερεό δεν είναι απλή μεταφορά ηλεκτρονίων σε άλλο άτομο.
Μεταλλικός δεσμός και bands
Σε ένα μεταλλικό στερεό πολλά ατομικά orbitals συνδυάζονται σε τεράστιο αριθμό πολύ κοντινών ενεργειακών καταστάσεων. Τα ηλεκτρόνια μπορούν να είναι αποδεσμευμένα σε ολόκληρο το κρυσταλλικό πλέγμα.
Η band picture εξηγεί καλύτερα την αγωγιμότητα από την απλοϊκή εικόνα «θάλασσα ελεύθερων ηλεκτρονίων». Το αν υπάρχουν διαθέσιμες καταστάσεις κοντά στο Fermi level είναι κρίσιμο.
Μεταλλοειδή και συνέχεια
Στοιχεία όπως Si και Ge έχουν ενδιάμεσες ιδιότητες. Η αγωγιμότητά τους εξαρτάται έντονα από τη θερμοκρασία και το doping, γι’ αυτό ταξινομούνται καλύτερα ως semiconductors παρά ως «μισά μέταλλα».
Ο περιοδικός πίνακας δείχνει μια ευρεία μετάβαση από μέταλλα προς αμέταλλα, όχι ένα τέλειο γεωμετρικό σύνορο.
Αντιδραστικότητα: προσοχή στις γενικεύσεις
Στα alkali metals η χημική δραστικότητα με νερό γενικά αυξάνεται προς τα κάτω, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι κάθε ιδιότητα ενός μετάλλου ακολουθεί την ίδια μονοτονική σειρά.
Παθητικοποίηση, κινητική, crystal structure και oxidation state μπορούν να κάνουν ένα μέταλλο φαινομενικά λιγότερο δραστικό από ό,τι υποδηλώνει μια απλή atomic trend.
Έλεγχος μιας σύγκρισης
Για δύο main-group στοιχεία συγκρίνετε πρώτα θέση στον πίνακα, ακτίνα, Z_eff και πρώτη ενέργεια ιονισμού. Μετά ελέγξτε αν μιλάτε για isolated atoms ή για properties του στερεού.
Το «πιο μεταλλικό» είναι χρήσιμο ως ποιοτική πρόβλεψη, αλλά πρέπει να συνοδεύεται από συγκεκριμένη observable ιδιότητα.
Λυμένο παράδειγμα
Na ή Cl
Ποιο έχει ισχυρότερο μεταλλικό χαρακτήρα στην ίδια περίοδο;
Λύση
Το Na.
Li ή Cs
Ποιο είναι γενικά πιο μεταλλικό στην ομάδα 1;
Λύση
Το Cs.
Si
Γιατί δεν περιγράφεται καλά ως απλό μέταλλο;
Λύση
Η band structure του δίνει ημιαγώγιμη συμπεριφορά.